专利名称：闪烁探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于辐射探测技术领域，尤其是涉及一种闪烁探测器。
背景技术：
闪烁探测器是高能射线探测常用得到探测器之一。闪烁探测器通常利用能够有效阻挡和吸收电磁波辐射并与电磁波辐射产生发光作用的闪烁晶体作为探测材料。当高能射线入射到闪烁晶体内，根据射线能量、晶体有效原子系数和密度的不同，与晶体发生不同比例的光电效应、康普顿散射效应及电子对效应，将能量沉积在闪烁晶体中，被激发的闪烁晶体退激发出闪烁光。利用光电探测器如光电倍增管(Photomultiplier Tube, PMT)将位于可见光区或紫外光区的闪烁光经过光电转换和倍增，形成脉冲信号。脉冲信号强度反映了高能射线的能量；脉冲信号发生的时间反映了高能射线的入射时间；脉冲信号在多个光电倍增管中的强度分配反映了高能射线的入射位置等。闪烁探测器具有探测效率高，分辨时间短等特点，被广泛应用于核医学、安全检查、高能物理和宇宙射线探测的研究中。图7是一种传统闪烁探测器。其中10’为多个晶体单元组成的闪烁晶体阵列，20’ 为多个PMT组成的光电探测阵列。传统的二维位置解码探测器是闪烁晶体阵列10’直接耦合光电探测阵列20’。其中PMT的尺寸通常比闪烁晶体阵列的晶体单元尺寸大很多，晶体单元的数量多于PMT的数量，利用PMT信号输出的大小，使用能量加权算法进行入射位置的定位，实现多晶体单元用少量的PMT读出并定位。但是采用能量加权算法不能做到单个晶体单元像素的完全读出，各个晶体单元的响应存在交叠；而且需要对闪烁晶体阵列进行很复杂的分光设计，不同的闪烁晶体阵列需要专门设计不同的分光方案，保证每个晶体单元按不同比例的光分配到PMT阵列中，这种方案需要大量的PMT，分光设计非常复杂，探测精度低，成本高。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种闪烁探测器，该闪烁探测器晶体单元的分光设计简单，探测精度高，成本低，所需的PMT和读出电路数量减少。为了实现上述目的，根据本发明实施例提出一种闪烁探测器，包括闪烁晶体阵列，所述闪烁晶体阵列包括M个晶体单元，所述M个晶体单元排列成预定的阵列且通过光学胶或硅油相连，所述M个晶体单元之间彼此隔光且每个所述晶体单元具有出光面；光电探测阵列，所述光电探测阵列包括N个光电探测单元，所述N个光电探测单元排列成预定的探测阵列；光纤组，所述光纤组由PXM根光纤组成，并将PXM根光纤的排列方案记录作为排列组合查找表，其中每P根光纤为一组，P根所述光纤的第一端与一个所述晶体单元耦合，P根所述光纤的第二端分别与P个光电探测单元耦合，P、N、M均为整数，1 < P < N < M 且>M ；和解码模块，所述解码模块设定一个触发阈值，通过对N个光电探测单元信号读出，并与所述触发阈值比较，输出超过触发阈值的光电探测单元编号，并与所述排列组合查找表比对，从而定位射线入射位置。。根据本发明实施例的该闪烁探测器，通过采用按照预定规则编排的光纤，减少了所需的PMT和读出电路数量，且使晶体单元分光设计简单，探测精度高，成本低，可以实现了传统上只有位置灵敏的昂贵探测器才可以实现的晶体单元的像素化读出，提高探测器的空间分辨率。在本发明的一个实施例中，所述闪烁晶体阵列为六面体、环形或弧形。形状规则， 便于组装探测器。在本发明的一个实施例中，每个所述晶体单元由单个长方体形状的或梯形六面体形状的晶体块形成，或者由多个长方体形状的或梯形六面体形状的晶体块拼接而成。制造和加工方便，成本低，且能够紧凑排列组成规则形状的闪烁晶体阵列。在本发明的一个实施例中，每个所述晶体单元的外表面上贴有反光膜、或涂上反光材料或镀有反光膜，且每个所述晶体单元的一个端面露出以作为所述出光面。在本发明的一个实施例中，所述光纤为导光、不漏光的细软管形，横截面为圆形或多边形，所述光纤两端为等截面或不等截面。在本发明的一个实施例中，所述光电探测单元为光电倍增管、多像素光子计数器、 硅光电倍增管、血崩二极管、和电子倍增电感耦合器件中的一种。在本发明的一个实施例中，所述晶体单元由选自下面材料之一或它们的组合构成锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、 铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥和碘化镥。根据本发明实施例的闪烁探测器还包括光纤支架，所述光纤支架具有用于容纳光纤的中空腔，所述光纤支架具有相对的第一壁和第二壁，所述第一壁上设有多个第一通孔， 所述第二壁上设有多个第二通孔，所述光纤的第一和第二端分别从所述第一和第二通孔内露出。在本发明的一个实施例中，所述第一和第二通孔分别根据所述光纤的排列方案一一对应的编号，且将每根光纤穿过对应编号的第一和第二孔并通过胶将所述光纤固定在光纤支架上，然后切除所述光纤从所述光纤支架露出的部分。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1是根据本发明实施例的闪烁探测器的示意图；图2是图1所示闪烁探测器的局部的示意图；图3是图1所示闪烁探测器的一个长方体晶体单元的示意图；图4是根据本发明另一实施例的闪烁探测器的示意图；图5是图4所示闪烁探测器的光纤支架的示意图；图6是本发明又一实施例的闪烁探测器的实施例示意图；和图7是一种传统闪烁探测器的示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、 “厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面参考附图描述根据本发明实施例的闪烁探测器。图1是根据本发明实施例的闪烁探测器的示意图。如图1所示，根据本发明一个实施例的闪烁探测器包括闪烁晶体阵列1，光电探测阵列2和光纤组3。其中，闪烁晶体阵列1包括M个晶体单元11，M个晶体单元11排列成预定的阵列且通过光学胶或硅油相连； 光电探测阵列2包括N个光电探测单元21，N个光电探测单元21排列成预定的探测阵列； 光纤组3由多根光纤31按预定方案排列组成。图2是图1所示闪烁探测器的局部的示意图。如图2所示，其中P根光纤31的第一端与一个晶体单元11耦合，P根光纤31的第二端分别与P个光电探测单元21耦合，P、N、M均为整数，1 <P <N<M且C= >M。例如，图1中示出了排列成2X3的6个晶体单元11，示出了 4个光电探测单元21 和12根光纤31。需要说明的是，这里仅仅是示例性的，为了便于描述本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。根据本发明实施例的该闪烁探测器，通过采用按照预定规则编排的光纤，减少了所需的PMT数量，且可以是晶体单元分光设计简单，探测精度高，成本低，可以实现了传统上只有位置灵敏的昂贵探测器才可以实现的晶体单元的像素化读出，提高探测器的空间分辨率。在本发明的一个实施例中，闪烁晶体阵列1为六面体。形状规则，便于组装探测器。例如，每个晶体单元11由单个长方体形状的晶体块形成或多个长方体形状的晶体块拼接而成，晶体的制造和加工方便，成本低。闪烁晶体阵列1也可为环形或弧形，此时晶体单元11可以是为拼接成环形或弧形的闪烁晶体阵列1而加工成的梯形六面体。在本发明的一个实施例中，每个晶体单元的外表面上贴有反光膜、或涂上反光材料或镀有反光膜，形成反光面，且每个晶体单元留有一个端面露出以作为出光面。图3是图1所示闪烁探测器的一个长方体晶体单元的示意图。如图3所示，晶体单元11具有出光面 1101和反光面1102。因此，对应地，在图1中，M个晶体单元11之间彼此隔光，且闪烁晶体阵列1具有出光面(例如，图1中的闪烁晶体阵列1的左侧表面)。在本发明的一个实施例中，光纤为导光、不漏光的细软管形，横截面为圆形或多边形。光纤两端为等截面或不等截面。光电探测单元可以为光电倍增管、多像素光子计数器、 硅光电倍增管、血崩二极管、和电子倍增电感耦合器件中的一种。在本发明的一个实施例中，晶体单元由选自下面材料之一或它们的组合构成锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥和碘化镥。可选地，在本发明的一些实施例中，闪烁探测器还包括光纤支架。如图4所示，闪烁探测器包括光纤支架4，光纤支架4具有中空腔，用于容纳光纤组3。如图5所示，光纤支架4具有相对的第一壁41和第二壁42，第一壁41上设有多个第一通孔，第二壁42上设有多个第二通孔，每根光纤31的第一和第二端分别从第一通孔和第二通孔穿出。优选地，光纤支架4的第一通孔和第二通孔可以分别根据光纤的排列方案一一对应地编号，且将每根光纤31穿过对应编号的第一通孔和第二孔，然后通过胶将光纤31固定在光纤支架4上，然后切除光纤31从光纤支架4露出的部分。根据本发明实施例，由于具有光纤支架，从而光纤排列非常方便，排列光纤时整齐有序、封装后探测器整体整齐美观。下面通过具体示例描述根据本发明实施例的闪烁探测器是如何通过按照预定规则排列的光纤来实现灵敏光电检测效果的。如图6所示，闪烁探测器包括闪烁晶体阵列1、光电探测阵列2和光纤组3。其中闪烁晶体阵列1由六个晶体单元11组成，排成三行两列，编号11a、lib、11c、lid、lie和Ilf0 本实施例中晶体单元11为硅酸钇镥闪烁晶体材料，尺寸为2mmX4mmX20mm的长方体，每个晶体单元由两根直径为2mm的光纤引出。光电探测阵列2由4个光电探测单元21组成，编号21a、21b、21c和21d。本实施例中光电探测单元为光电倍增管PMT，其横截面为19mm直径的圆形。光纤组3中的每根光纤的两端分别连接闪烁晶体阵列1与光电探测阵列2，其中光纤数目为6*2 = 12根。接下来对多根光纤进行排布以确定位置定位。根据排列组合原理，4选2有6种情况，可以实现了用4个PMT定位6个晶体单元。以下是光纤的一种编排方式，该编排方式也可以从图6中明显地看出晶体单元Ila通过两根光纤耦合PMT 21a和PMT 21b ；晶体单元lib通过两根光纤耦合PMT 21b和PMT 21d ；晶体单元Ilc通过两根光纤耦合PMT 21c和PMT 21d ；晶体单元Ild通过两根光纤耦合PMT 21a和PMT 21c ；晶体单元lie通过两根光纤耦合PMT 21a和PMT 21d ；晶体单元Ilf通过两根光纤耦合PMT 21b和PMT 21c。扩展地，通过上述方法，当P、N、M均为整数，1 < P < N < M且>M时，利用排列组合原理，将所有晶体单元的P根光导纤维引到P个光电探测单元上，制定一套各个晶体单元对应P个光电探测单元的列表作为查找表，就可以通过P个光电探测单元上有信号反过来定位到具体的晶体单元，实现灵敏光电检测的效果。在本发明的另一示例中，闪烁探测器为可以应用于人体PET (Positron Emission Computed Tomography，正电子发射计算机断层扫描)的探测器该探测器由多个探测器平板拼成环形，所述探测器平板的面积为160mmX 160mm，晶体单元为4mmX4mmX20mm的硅酸钇镥晶体，总共晶体单元数为1600个。每个晶体单元五面打磨后镀上反光膜，只留一个 4mmX 4mm的端面抛光。光纤使用直径为2mm的软管形，总共光纤6400根，每个晶体单元耦合4根光纤。光电探测单元使用R9779型号的PMT，圆形头、直径52mm，总共16个。16根选 4个的总组合数为1820，大于1600。每个PMT接晶体单元数/PMT数=100 1，即平均等效于一个PMT可以解码100个晶体单元。在本发明的又一个实施例中，闪烁探测器为可以用于人体SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography，单光子计算机发射断层扫描)的探测器。该探测器平板的面积为400mmX400mm，晶体单元为2mmX2mmX IOmm的硅酸钇晶体，六面抛光。总共晶体单元数为40000个。每个晶体单元五面打磨后镀上反光膜，只留一个2mmX2mm的端面抛光。 光纤使用直径为Imm的软管形。总共光纤160000根。光电探测单元使用R1307型号PMT， 圆形头、直径76mm，共40个。40根选4个的总可能数为91390，大于40000。每个PMT接晶体单元数/PMT数=1000 1，即平均等效于一个PMT可以解码1000个晶体单元。上述实施例仅作为示例，并非为本发明的限定。从上述实施例可以看出，本发明提出的具有基于预定规则编排的光纤阵列的闪烁探测器，可以通过少量的光电探测单元对多个晶体单元进行定位，减少了晶体阵列的分光方案设计的复杂度，实现了只有位置灵敏的昂贵探测器能够晶体单元的像素化读出。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种闪烁探测器，其特征在于，包括闪烁晶体阵列，所述闪烁晶体阵列包括M个晶体单元，所述M个晶体单元排列成预定的阵列且通过光学胶或硅油相连，所述M个晶体单元之间彼此隔光且每个所述晶体单元具有出光面；光电探测阵列，所述光电探测阵列包括N个光电探测单元，所述N个光电探测单元排列成预定的探测阵列；光纤组，所述光纤组由PXM根光纤组成，并将PXM根光纤的排列方案记录作为排列组合查找表，其中每P根光纤为一组，P根所述光纤的第一端与一个所述晶体单元耦合，P根所述光纤的第二端分别与P个光电探测单元耦合，P、N、M均为整数，1<P<N<M且和解码模块，所述解码模块设定一个触发阈值，通过对N个光电探测单元信号读出，并与所述触发阈值比较，输出超过触发阈值的光电探测单元编号，并与所述排列组合查找表比对，从而定位射线入射位置。
2.根据权利要求1所述的闪烁探测器，其特征在于，所述闪烁晶体阵列为六面体、环形或弧形。
3.根据权利要求2所述的闪烁探测器，其特征在于，每个所述晶体单元由单个长方体形状的或梯形六面体形状的晶体块形成，或者由多个长方体形状的或梯形六面体形状的晶体块拼接而成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的闪烁探测器，其特征在于，每个所述晶体单元的外表面上贴有反光膜、或涂上反光材料或镀有反光膜，且每个所述晶体单元的一个端面露出以作为所述出光面。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的闪烁探测器，其特征在于，所述光纤为导光、不漏光的细软管形，横截面为圆形或多边形，所述光纤两端为等截面或不等截面。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的闪烁探测器，其特征在于，所述光电探测单元为光电倍增管、多像素光子计数器、硅光电倍增管、血崩二极管、和电子倍增电感耦合器件中的一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的闪烁探测器，其特征在于，所述晶体单元由选自下面材料之一或它们的组合构成锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥和碘化镥。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的闪烁探测器，其特征在于，还包括光纤支架，所述光纤支架具有用于容纳光纤的中空腔，所述光纤支架具有相对的第一壁和第二壁，所述第一壁上设有多个第一通孔，所述第二壁上设有多个第二通孔，所述光纤的第一和第二端分别从所述第一和第二通孔内露出。
9.根据权利要求8所述的闪烁探测器，其特征在于，所述第一和第二通孔分别根据所述光纤的排列方案一一对应的编号，且将每根光纤穿过对应编号的第一和第二孔并通过胶将所述光纤固定在光纤支架上，然后切除所述光纤从所述光纤支架露出的部分。
全文摘要
本发明公开了一种闪烁探测器，包括闪烁晶体阵列，闪烁晶体阵列包括M个晶体单元，M个晶体单元彼此隔光且每个晶体单元具有出光面；光电探测阵列，光电探测阵列包括N个光电探测单元；光纤组，光纤组由P×M根光纤组成，其中每P根光纤为一组，P根光纤的第一端与一个晶体单元耦合，P根光纤的第二端分别与P个光电探测单元耦合，P、N、M均为整数，1＜P＜N＜M且和解码模块，解码模块输出超过触发阈值的光电探测单元编号，定位射线入射位置。该闪烁探测器简化了闪烁晶体阵列的分光方案设计，减少了光电探测器数量和读出电路，实现了晶体单元的像素化读出，提高探测器空间分辨率，降低探测器成本。
文档编号G01T1/202GK102565840SQ20121002541
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者刘亚强, 吴朝霞, 夏彦, 王石, 马天予, 魏清阳 申请人:清华大学